电子测试实验报告

华中科技大学

《电子线路设计、测试与实验》实验报告

实验名称： 院（系）： 专业班级： 姓名： 学号： 时间： 地点： 实验成绩： 指导教师：

2011 年 12月 9 日

集成运算放大器的基本应用

光实1001 张继楷 U2010XXXX 2012.4.26

一. 实验目的

1. 掌握集成运算放大器的正确使用方法。

2. 掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。

3. 学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。

二. 实验元器件

三、预习要求

1. 复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2. 写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。

3. 实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。 4. 自拟实验数据表格。

四. 实验原理及参考电路

本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。

1. 反向比例运算

反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则

f

υ0=-R υ1

1

R f

v 1

v o

图1反向比例运算电路原理图

其输入电阻R if ≈R 1，图中R '=R f //R 1。

由上式可知，改变电阻R f 和R 1的比值，就改变了运算放大器的闭环增益A vf 。 在选择电路参数是应考虑：

1根据增益，确定R f 与R 1的比值，因为 ○

A vf =-

R f

R 1

所以，在具体确定R f 和R 1的比值时应考虑；若R f 太大，则R 1亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若R f 太小，则R 1亦小，输入电阻R if 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取R f 为几十千欧至几百千欧。

若对放大器输入电阻有要求，则可根据R i =R 1先确定R 1，再求R f 。

2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的○

不良影响，一般取R '=R f //R 1，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。

本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。

2. 反向比例加法运算

反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，v 11和v 12均可通过R 1、R 2转换成电流，实现代数相加，其输出电压

R f ⎫⎛R f

v o =- v 11+v 12⎪

R 2⎭⎝R 1

当R 1=R 2=R 时

v o =-

R f

(v 11+v 12) R

为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。R f 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理，图中的R '=R f //R 1//R 2。

R f

v 11

v 12

v o

图2 反向比例加法运算电路原理

3. 反向比例减法运算

减法运算电路如图3，当R 1=R 2, R '=R f 时，输出电压

v o =

R f

(v 12-v 11) R 1

R f

v 11

v 12

在电阻值严格匹配情况下，本电路具有较高的共模抑制能力。

v o

图3反向比例减法运算电路原理

4. 反向比例积分运算电路

0.01uf

v 1

v o

L

图4反向比例积分运算电路原理

如图4，当运算放大器开环电压增益足够大，且R f 开路时，可人认为i R =i c ，其中

v 1dv o (t ) i c =-C R 1dt

将i R , i C 代入，并设电容两端初始电压为零，则

1t

v o (t ) =-v 1(t ) dt ⎰0R 1C i R =

当输入信号v 1(t ) 为幅度V 1的直流电压时，

1t 1v o (t ) =-V 1dt =-V 1t

R 1C ⎰0R 1C

此时输出电压v o (t ) 的波形是随时间线性下降的，如图5。当输入信号v 1(t ) 为正方波时，输出电压v o (t ) 的稳态波形如图6所示。

v1

V1

o

o Vo

vo o

图

5图6

实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻R f ，用于直流负反馈，其目的是减小集成运算放大器输出端的电流漂移，其阻值必须取得大些，否则电路将变成一阶低通滤波器。同时R f 的加入将对电容C 产生分流作用，从而导致积分误差。为克服误差，一般需满足R f C >>R 1C 。C 太小，会加剧积分漂移，但C 增大，电容漏电流也会随之加大。通常取

R f >10R 1, C

集成运算放大器LM324的内部电路结构和引脚排列如图7所示。

五．硬件实验内容

1. 反相比例运算

1设计并安装反向比例运算电路，要求输入阻抗R i =10k Ω。 ○

2在该放大器输入端加入f ○电压增益。

=1kHz 的正弦电压，峰峰值500mv ，测量放大器的输出电压，

2. 反相比例加减法

1输入1kHz 正弦波，峰峰值为500mv ，调节R p 产生V i 2pp

2测量输出电压V ○电路如下图

R 110k

1k

R f

v o

加减法运算电路

3. 反向比例积分电路

1输入f ○

=500Hz ，峰峰值为1V 的正方波（调节offset 使其为正方波）

2用DC 挡测试V i , V o ，画出其波形，标出其幅值和周期 ○

获得如下波形

六、 实验结果及分析

1. 反相比例运算

结果：波形图

误差计算分析：

实验结果分析结论：

可明显观察到ch1与chi2反相，且有放大，实验结果与理论结果相差较小，在误差允许范围之内。

2. 反相比例加减法

实验结果及误差计算分析： 加法

结果：

减法

实验结果分析结论：

由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效

3. 反向比例积分电路

结果：波形图

实验结果分析结论：

实验结果有效

七、思考题

1. 在反相比例加法运算电路中（开关S 臵A 点）。R' 值应怎样确定？若R1=R2=10kΩ，R'=5.1kΩ，试问：取R1=10kΩ和R1=100kΩ两种情况下，哪一种运算精度高？为什么？对照实验结果分析。

答：①R '=R f //R 1//R 2，②R1=100kΩ精度高，因为当R1越小，信号的放大越明显，则精度越高。

2. 若输入信号与放大器的同相端相连，当信号正向增大时，运算放大器的输出时正还是负？ 答：因为放大器同相端与输出端同相，所以输出应为正 3. 若输入信号与放大器的同相端相连，当信号反向增大时，运算放大器的输出时正还是负？ 答：放大器反相端与输出端反相，当信号负向增大，输出应为正

八、小结

这次实验是对我们动手能力的一次考验，更是对我们关于运算放大器的知识的一次实践，完成实验需要对各个原理掌握清楚，对接线有清晰的思路，更要对仪器熟练的使用。

九、 实验中出现的问题、分析及解决方案

（实验中出现的问题的现象可以作品图片、测试波形、仪器设臵图片

等综合展示；解决方案亦可以以作品图片、测试波形、仪器设臵图片等综合展示，并对图片做编辑标注处理说明）

在这次实验过程中，我收集了一些常见的问题，小结如下：

1. 实验过程中有同学的正负电源接反，导致IC 被烧坏，我在做实验的过程中，电源线的不同端使用了不同颜色的导线以示区别。

2. 有的同学波形不断变换或者出现不了预期的波形，我认为可以按以下步骤检验：a. 可以先按autoset ，我认为这个按钮十分有效，有时候在电路接线有改动时，可能示波器的波形没有明显变化，此时按autoset 很有效，b. 检查电路以后发现仍然有问题，可以测试一些特殊点的电位或者波形来分析。

3. 很多同学得到了正确波形，却同时发现波形比较不“美观”，“毛糙”，这个一般是接地线没有接好的原因。可以将部分接地线更换位臵，可以很有效的解决这个问题。

4. 我做第三个实验的时候，做了很久，实验线路重新连了三四次才得出结果，问题有如下几种：a. 电位器无法使用，这告诉我们有时候一些元器件可能会或多或少存在问题，在反复检查电路接线之后可以考虑测量元器件的电位判断元器件是否正常工作，b. 面包板上部分插孔可能无法使用，确定线路及元器件均正常后，可以更换各元器件的布局。另外，布线越简明越有利于对电路的分析